Айзек Азимов - Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий
Больные сахарным диабетом испытывают повышенное чувство голода и жажды, однако быстро теряют вес, слабеют, становятся уязвимы для инфекций, имеют множество других неприятных симптомов и в конце концов умирают. Голодание удлиняет продолжительность их жизни, и тридцать лет назад оно было единственной надеждой для таких больных.
Когда выяснилось, что удаление поджелудочной железы вызывает диабет у собак, внимание обратилось к этой железе, в особенности к одной ее части.
Еще в 1869 году немецкий физиолог Пауль Лангерганс обнаружил в поджелудочной железе необычные клетки, расположенные в виде отдельных «островков», окруженных со всех сторон обычными клетками. Каждый островок был маленький, всего около ста микронов в диаметре, поэтому если в среднем поджелудочная железа содержит примерно два миллиона таких островковых клеток, то они составляют всего 1 % от массы всей железы. Сегодня название этих островков звучит романтически — островки Лангерганса.
Причиной всех бед оказались именно островки, остальные клетки не играли в развитии диабета никакой роли. Можно было перекрыть проток, чтобы прекратилось выделение поджелудочного сока, в то время как сама железа оставалась в теле животного. Это препятствовало пищеварению, но не вызывало диабета. При этом от бездействия со временем большая часть поджелудочной железы дегенерировала, по островки оставались нетронутыми. Они по-прежнему выполняли свою функцию.
В начале 1900 года было высказано предположение, что островки представляют собой железу в железе, так сказать, и что эта внутренняя железа, в отличие от основной, не имеет протоков и выделяет гормон, который контролирует переработку углеводов в организме. Этот гормон получил название «инсулин» от латинского слова, означающего «остров».
Это предположение было с готовностью принято. Тогда казалось очевидным то, что диабетом страдают люди, неспособные вырабатывать достаточное количество инсулина. Если инсулин удастся получить из поджелудочной железы домашних животных, то его можно будет вводить больным диабетом.
Проблема заключалась в том, чтобы успеть выделить инсулин из клеток до того, как он расщепится под действием других пищеварительных ферментов. В 1922 году это удалось сделать двум канадским ученым Ф. Бантингу и Ч. Бесту, которые перевязали протоки поджелудочной железы, дождались, когда дегенерируют те ее участки, которые вырабатывают пищеварительный сок, чтобы пищеварительные ферменты не разрушили инсулин, и выделили этот гормон. Таким образом, инсулин стал доступен, а в 1923 году Бантинг и Бест получили Нобелевскую премию в области медицины.
Инсулин является самым важным регулятором химических реакций, поддерживающих баланс глюкозы в крови. Выделение в кровь инсулина островками Лангерганса вызывает снижение концентрации глюкозы, потому что часть ее откладывается в клетках печени в виде гликогена, а часть поглощается другими клетками для получения энергии. Если островки не выделяют инсулина, происходит обратный процесс. Печень и другие клетки снижают поглощение глюкозы, и уровень глюкозы в крови повышается.
Мы вновь сталкиваемся с примером обратной связи (см. главу 9). Высокий уровень глюкозы в крови стимулирует выделение инсулина для уменьшения уровня глюкозы. И наоборот, слишком низкий уровень глюкозы сдерживает выделение инсулина, и тогда глюкозы в крови становится больше.
Чтобы это равновесие регулировалось еще более тонко, в процессе участвует второй гормон, также выделяемый островками Лангерганса. Островки состоят из двух видов клеток — альфа-клеток и бета-клеток, по первым двум буквам греческого алфавита. Инсулин вырабатывают бета-клетки. Альфа-клетки вырабатывают гормон глюкагон.
Глюкагон обладает противоположным инсулину эффектом, поэтому на концентрацию глюкозы в крови реагируют две противоположные силы. Клетки островков отвечают на уровень глюкозы выделением того или иного гормона, и тогда концентрация глюкозы изменяется в нужном направлении.
Почему же из этих двух гормонов именно инсулин является самым важным регулятором этого баланса? (Возможно даже, что не один из двух, а один из трех, поскольку есть еще гормон гипофиза, обладающий сходными с глюкагоном свойствами.) Причина — трудно сказать какая, но при диабете сбои происходят именно в выработке инсулина, а не других гормонов, и поэтому именно он в данном случае так важен для человека.
У больных диабетом островки теряют способность вырабатывать инсулин. Снижения уровня глюкозы не происходит, поэтому ее концентрация в крови все время возрастает. Если этот уровень доходит до определенного значения (обычно на 50 % выше обычного), то достигается почечный порог. Через почечные канальцы проходит так много глюкозы, что она не успевает всасываться обратно в кровь. С одной стороны, это хорошо, поскольку слишком высокий уровень содержания глюкозы в крови может нанести вред. Однако глюкоза начинает выделяться с мочой, и, хотя почки действуют как защитный клапан, это показатель неспособности организма перерабатывать глюкозу.
В крайних случаях в моче содержится столько глюкозы, что она становится сладкой на вкус. Поэтому вполне оправдано название диабета — «сахарный».
При некоторых обстоятельствах можно проверить наличие диабета, взяв анализ мочи на сахар. Например, несколько капель мочи нагреваются с раствором Бенедикта (он среди всего прочего содержит сульфат меди и имеет насыщенный голубой цвет). Если в моче нет сахара, цвет раствора не изменится. Если же в ней присутствует глюкоза, через несколько минут при нагревании сульфат меди перейдет в закись меди. Это кирпично-красное вещество не растворяется в воде, поэтому оно выпадает в осадок, опускающийся на дно пробирки. Голубой цвет исчезает, что свидетельствует о «положительном» результате.
Сегодня существует еще более доступный метод. Выпускаются специальные полоски длиной около пяти сантиметров, пропитанные двумя ферментами — дегидрогеназой глюкозы и пероксидазой, а также органическим веществом, которое называется ортотолидином. Если такую полоску опустить в мочу, не содержащую глюкозы, полоска сохранит свой исходный желтоватый цвет.
Что случится, если в моче есть глюкоза? Из-за присутствия на полоске дегидрогеназы глюкоза в моче вступит в реакцию с кислородом в воздухе, вследствие чего образуется перекись водорода. В присутствии пероксидазы перекись водорода присоединится к ортотолидину и образуется насыщенно-голубое вещество. Все это звучит очень запутанно, однако если опущенная в мочу полоска станет синей, значит, у человека далеко не все в порядке со здоровьем.
Результаты этой пробы более надежны, чем анализ с помощью раствора Бенедикта. Иногда в моче содержатся вещества, не имеющие отношения к диабету, которые переводят сульфат меди в закись меди. В итоге получается ложный положительный результат. Шансы появления такого результата при проверке полоской практически равны нулю.
Обычно моча проверяется на сахар, когда человек хочет получить медицинскую страховку или его призывают в армию. Врачи должны постоянно проводить такие анализы. Диабет — самое распространенное нарушение обмена веществ, которое может настигнуть каждого человека в любом возрасте, хотя часто оно передается по наследству.
Слово «метаболизм» обозначает все химические реакции, происходящие в живых тканях, поэтому нарушения метаболизма вызывают расстройство деятельности всего организма. В отличие от инфекционных заболеваний, при которых химические процессы задействованы косвенно в результате внедрения в организм чужеродных микроорганизмов, нарушениями метаболизма нельзя «заразиться». С другой стороны, против них также нельзя сделать прививку. С появлением антибиотиков и современных инсектицидов количество инфекционных болезней уменьшилось, но на смену им пришли нарушения обмена веществ.
Диабет, как и многие другие заболевания, намного легче лечить, если он обнаружен на ранней стадии. В этом случае велики шансы, что при помощи диеты и упражнений удастся избежать применения инсулина. Для этого недостаточно одних анализов мочи. Когда содержание глюкозы в крови переходит почечный порог и сахар попадает в мочу, диабет находится уже в запущенном состоянии.
Более точным анализом является тест на переносимость глюкозы. У здорового человека уровень глюкозы в крови несколько поднимается после еды, когда глюкоза попадает в воротную вену, но быстро снижается до нормального уровня, когда глюкоза стимулирует выделение инсулина. Однако у человека с начальной стадией диабета повышенный уровень глюкозы после еды понижается значительно медленнее, потому что выработка инсулина идет более вяло.
